달 표면에 깔려 있는 먼지와 돌 부스러기, 이름이 조금 낯선 ‘레골리스(regolith)’라는 물질을 활용해 우주에서 안정적으로 전기를 생산할 수 있는 태양전지 기술이 새롭게 개발되었습니다.

독일 포츠담 대학교의 펠릭스 랑 박사와 그의 연구팀은 과학 저널 *디바이스(Device)*에 4일 발표한 논문에서, 달의 레골리스를 모방한 물질을 녹여 만든 ‘문글라스(moonglass)’와 저렴하면서도 에너지 효율이 뛰어난 ‘페로브스카이트(perovskite)’라는 재료를 결합하여 튼튼한 태양전지를 제작했다고 밝혔습니다.

연구팀은 달에서 직접 태양전지를 제작하면 지구에서 무거운 태양전지를 우주로 운송하는 것에 비해 비용과 무게를 99% 이상 줄일 수 있다고 설명했습니다. 이에 따라 이 ‘달 먼지 태양전지’가 미래 우주 탐사의 중요한 에너지 공급원이 될 가능성을 가지고 있다고 전망했습니다.

최근 미국 항공우주국(NASA)을 비롯한 여러 국가에서는 달에 유인 기지를 건설하고 운영하려는 중장기 계획을 추진 중인데, 이를 위해 달에서 물을 확보하고 안정적인 전기를 공급하는 방안을 마련하는 것이 중요한 과제로 떠오르고 있습니다. 랑 박사는 “현재 우주에서 사용되는 태양전지는 효율이 30~40%로 매우 뛰어나지만, 무겁고 고가여서 우주로 발사하는 데 상당한 비용이 듭니다”라고 지적했습니다.

이에 연구팀은 지구에서 태양전지를 운반하는 대신, 달에서 구할 수 있는 재료를 활용해 태양전지를 만드는 방법을 고민했습니다. 먼저 달 먼지를 모방한 물질을 제작하고 이를 녹여 문글라스라는 유리를 만들었으며, 여기에 저렴하고 효율이 좋은 페로브스카이트를 결합하여 10% 효율의 태양전지를 완성했습니다.

놀랍게도 문글라스를 제작하는 과정은 복잡한 정제가 필요하지 않았습니다. 집중된 햇빛만으로도 레골리스 모사체를 녹여 유리로 만들기에 충분한 온도를 얻을 수 있었다고 합니다. 또한 일반 유리는 우주 환경에서 갈색으로 변하며 효율이 점차 떨어지지만, 문글라스는 원래부터 불순물로 인해 자연스러운 갈색을 띠고 있어 더 이상 어두워지지 않으며, 우주 방사선에도 더 강한 내구성을 보였습니다.

이 태양전지의 효율은 10%에 불과하지만, 연구팀은 “우주로 보내는 무게 1g당 에너지 생산량으로 계산하면 지구에서 운반한 태양전지보다 최대 100배 더 많은 전기를 얻을 수 있습니다”라고 강조했습니다. 또한 문글라스를 더 투명하게 개선하면 효율을 23%까지 끌어올릴 수 있을 것이라고 덧붙였습니다.

다만, 달은 중력이 약해 문글라스가 형성되는 방식이 달라질 수 있고, 급격한 온도 변화가 재료의 안정성을 위협할 가능성 등 추가적인 과제도 존재한다고 언급했습니다. 이에 연구팀은 달 레골리스 태양전지의 실현 가능성을 확인하기 위해 달에 소규모 실험 장치를 보내 테스트할 기회를 갖기를 희망한다고 밝혔습니다.

랑 박사는 “달에서 태양전지를 제작하면 우주선에 실리는 태양전지의 무게를 99.4% 줄이고 비용도 99% 절감할 수 있습니다”라며, 이 연구가 우주 탐사에서 안정적인 에너지원을 확보한다는 큰 과제에 잠재적인 해결책을 제시한다고 말했습니다.

이어 “물 추출을 위한 연료부터 달 벽돌로 집을 짓는 방법까지, 과학자들은 달 먼지를 활용하는 다양한 방안을 탐구해 왔습니다”라며, “이 연구는 달 먼지로 만든 태양전지가 미래 달 도시의 에너지 공급을 책임질 가능성을 보여줍니다”라고 덧붙였습니다.